KR100774351B1

KR100774351B1 - 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템

Info

Publication number: KR100774351B1
Application number: KR1020060120021A
Authority: KR
Inventors: 김일웅
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2007-11-08

Abstract

개시된 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템은, 엔진의 동력을 전달받도록 설치된 구동기어와; 상기 엔진에 부설되는 크랭크 케이스의 크랭크실 내에 전진 및 후진 이동되게 설치되며 선단부는 상기 크랭크실을 관통하여 전방으로 노출되는 크랭크샤프트와; 상기 크랭크샤프트의 선단부에 설치되어 함께 연동되는 클러치 하우징과; 상기 클러치 하우징의 내의 일측에 설치되어 반발력에 의해 상기 클러치 하우징을 후방으로 밀어주는 링판 스프링과; 상기 구동기어와 상기 클러치 하우징의 사이에 설치되며, 상기 클러치 하우징이 전진 이동되면 상기 구동기어와 상기 클러치 하우징의 접속을 차단시켜 상기 엔진의 구동력이 전달되지 않토록 하며 스틸링판과 마찰링판으로 이루어진 클러치와; 공압에 의해 상기 링판 스프링이 압축될 때 변형되도록 상기 링판 스프링의 일측으로 상기 클러치 하우징에 설치되며, 이의 변형으로 전력이 발생되도록 구비된 제1압전소자 조립체와; 상기 제1압전소자 조립체와 전력 송출선에 의해 연결 설치되어 상기 제1압전소자 조립체에서 발생되는 교류전류를 직류전류로 바꾸는 정류기와; 상기 정류기와 연결 설치되어 전력을 충전하는 축전기;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

공기압축기, 정류기, 축전기

Description

차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템{GENERATING SYSTEM USING AIR COMPRESSOR}

도 1은 일반적인 차량용 공기압축기의 요부 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도.

도 3a는 도 2의 요부 구성의 상세도.

도 3b는 도 3a의 작동 상태를 나타내 보인 작동도.

도 4는 도 2의 요부 구성의 상세도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 엔진

10. 크랭크샤프트

11. 크랭크케이스

13. 구동기어

20. 클러치 하우징

22. 링판 스프링

23. 클러치

23a. 스틸링판

23b. 마찰링판

30. 제1압전소자 조립체

31. 플레이트

40. 제2압전소자 조립체

51. 전력 송출선

52. 정류기

53. 축전기

본 발명은 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압전소자 조립체를 이용하여 전력으로 바꾸어 주는 압전소자 조립체 일체형 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 버스나 트럭 또는 트레일러와 같은 대형 차량에는 압축공기의 압력을 이용하여 제동을 하는 에어브레이크나, 도어를 자동으로 여닫아주는 에어개폐기 등과 같은 각종 공압기기가 탑재되어 있으며, 이러한 공압기기에 제공되는 압축공기는 엔진의 동력으로 작동되는 공기압축기에 의해 공기탱크로 공급 저장되어 있다가 제공되는 것으로서, 이를 위해서는 공기탱크 내에 압축공기가 항상 적합한 압력을 유지하게 저장되어 있어야 된다.

이러한 공기압축기는 엔진의 동력이 타이밍기어와 치합된 구동기어를 통해 엔진에 부설된 크랭크케이스 내의 크랭크축에 전달되어, 이 크랭크축이 회전되면 펌프실 내의 피스톤이 연동되므로 토출구를 통해 압축공기가 공기탱크 내로 공급되고, 이러한 작동이 계속되어 공기탱크 내의 압력이 설정된 압력보다 높아져 그 압력의 일부가 가버너를 통해 언로더에 신호압으로 전달되면, 이 언로더가 동작되어 압축공기가 공기탱크로 공급되는 것을 중단시켜 주므로 공기압축기는 공운전하게 되며, 이 공기탱크 내의 압력이 사용에 따라 낮아지면 언로더가 역동작되어 압축공기가 다시 공기탱크로 공급되게 한 것이다.

도 1에는 상기한 공기압축기의 요부 구성이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 공기압축기는, 링판 스프링(22)의 반발력에 의해 크랭크케이스(11) 내에 장착되어 있는 크랭크샤프트(10)가 후진되어 스틸링판(23a)과 마찰링판(23b)들이 서로 밀착되어 한 몸체와 같은 상태에서 엔진(1)이 가동되면 스플라인(21)을 통해 크랭크샤프트(10)에 전달되어, 이 크랭크샤프트(10)를 회전시켜 주므로 도면에는 도시하지 않았지만, 커넥팅로드에 의해 펌프실 내의 펌프피스톤이 왕복운동하면서 압축공기를 토출구를 통해 공기탱크로 보내 저장된다.

이러한 동작이 계속되어 공기탱크 내로 공급·저장되는 압축공기의 압력이 설정압력보다 높아지면 그 압축공기의 일부가 신호압으로 가버너를 거쳐 에어실린더 내로 유입되고, 유입되는 신호압이 링판 스프링(22)의 반발력보다 크게 되면 크랭크샤프트(10)가 전진되어 이동링판을 밀어주기 때문에 링판 스프링(22)은 압축되고, 이렇게 되면, 상기 링판 스프링(22)의 반발력에 의해 한 몸체와 같이 밀착되어 있던 스틸링판(23a)과 마찰링판(23b)들의 밀착상태가 이완되어 서로 격리됨에 따라 결국 구동기어(13)와 스플라인(21)은 클러치(23)에 의한 접속이 해제되므로 구동기어(13)는 엔진(1)의 동력에 의해 계속 회전되어도 그 회전력은 스플라인(21)으로 전달되지 않게 되어 구동기어(13)만 공회전되고 크랭크샤프트(10)는 회전되지 않도록 한 것이다.

다시 말해서, 상기 크랭크샤프트(10) 뒤쪽 공간에서 공기로 크랭크샤프트(10)를 밀 때, 그 압력이 클러치 하우징(20)과 스플라인(21) 사이의 링판 스프링(22)의 반발력보다 강하게 될 경우 크랭크샤프트(10)와 연결되어 있는 마찰링판(23b)이 스틸링판(23a)과 연결되어 있는 엔진(1)쪽 기어와 함께 회전 작동하며, 공기를 다 채우게 되면 공기압을 떨어뜨려 링판 스프링(22)의 반발력에 의해 다시 클러치(23)가 이격되어 공기압축기는 작동하지 않게 된다.

그러나, 후술하는 본 발명은 상기한 종래 기술과는 다른 압전소자 조립체를 이용한 공기압축기이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 공기압축기 작동 중 발생하는 공압, 스프링 반발력 및 원심력을 압전소자 조립체를 이용하여 전력으로 바꾸어 주도록 한 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템은, 엔진의 동력을 전달받도록 설치된 구동기어와; 상기 엔진에 부설되는 크랭크 케이스의 크랭크실 내에 전진 및 후진 이동되게 설치되며 선단부는 상기 크랭크실을 관통하여 전방으로 노출되는 크랭크샤프트와; 상기 크랭크샤프트의 선단부에 설치되어 함께 연동되는 클러치 하우징과; 상기 클러치 하우징의 내의 일측에 설치되어 반발력에 의해 상기 클러치 하우징을 후방으로 밀어주는 링판 스프링과; 상기 구동기어와 상기 클러치 하우징의 사이에 설치되며, 상기 클러치 하우징이 전진 이동되면 상기 구동기어와 상기 클러치 하우징의 접속을 차단시켜 상기 엔진의 구동력이 전달되지 않토록 하며 스틸링판과 마찰링판으로 이루어진 클러치와; 공압에 의해 상기 링판 스프링이 압축될 때 변형되도록 상기 링판 스프링의 일측으로 상기 클러치 하우징에 설치되며, 이의 변형으로 전력이 발생되도록 구비된 제1압전소자 조립체와; 상기 제1압전소자 조립체와 전력 송출선에 의해 연결 설치되어 상기 제1압전소자 조립체에서 발생되는 교류전류를 직류전류로 바꾸는 정류기와; 상기 정류기와 연결 설치되어 전력을 충전하는 축전기;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있고, 도 3a에는 도 2의 요부 구성의 상세도가 도시되어 있으며, 도 3b에는 도 3a의 작동도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 2의 요부 구성의 상세도가 도시되어 있다.

설명에 앞서, 일반적인 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템에 대한 구성 및 작용 설명은 전술한 도 1을 참조하기로 하고, 여기에서는 본 발명의 따른 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템에 대한 특징적인 구성 및 작용만을 설명하기로 한다. 이에 따라 도 1의 도면부호와 후술하는 도면의 도면부호가 동일한 도면부호는 동일한 부재를 나타내 보인 것이다.

이들 도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템은, 엔진(1)의 동력을 전달받도록 설치된 구동기어(13)와, 이 엔진(1)에 부설되는 크랭크케이스(11)의 크랭크실 내에 전진 및 후진 이동되게 장착되며 선단부는 크랭크실을 관통하여 전방으로 노출되는 크랭크샤프트(10)와, 이 크랭크샤프트(10)의 선단부에 설치되어 함께 연동, 즉 회전 및 전진과 후진 이동되는 클러치 하우징(20)과, 이 클러치 하우징(20)의 내의 일측에 설치되어 반발력에 의해 클러치 하우징(20)을 후방으로 밀어주는 동시에 상기 크랭크케이스(11) 내에 장착된 크랭크샤프트(10)를 후진되게 하는 링판 스프링(22)을 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명에 따른 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템은, 상기 구동기어(13)와 클러치 하우징(20)의 사이에 설치되며, 클러치 하우징(20)이 후진 이동되면 구동기어(13)와 클러치 하우징(20)을 접속시켜 엔진(1)의 구동력이 크랭크샤프트(10)에 전달되게 하고, 상기 클러치 하우징(20)이 전진 이동되면 구동기어(13)와 클러치 하우징(20)의 접속을 차단시켜 엔진(1)의 구동력이 전달되지 않토록 하며 스틸링판(23a)과 마찰링판(23b)으로 이루어진 클러치(23)와, 상기 링판 스프링(22)의 일측으로 클러치 하우징(20)에는 공압에 의해 링판 스프링(22)이 압축 될 때 변형되도록 설치되며, 이의 변형으로 전력이 발생되도록 구비된 제1압전소자 조립체(30)와, 이 제1압전소자 조립체(30)와 전력 송출선(51)에 의해 연결 설치되어 압전소자 조립체(30)에서 발생되는 교류전류를 직류전류로 바꾸는 정류기(52)와, 이 정류기(52)와 연결 설치되어 전력을 충전하는 축전기(53)를 포함하여 구성된다.

상기 제1압전소자 조립체(30)는 클러치 하우징(20)에 부착 설치되고, 그 내부는 다수개의 플레이트(31)가 레이어(layer)를 이루며 적층되어 구비된다.

그리고 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 스틸링판(23a)과 마찰링판(23b) 사이에도 제1압전소자 조립체(30)와 동일한 구성으로 이루어진, 즉 그 내부는 다수개의 플레이트(41)가 레이어를 이루며 적층되어 구비된 제2압전소자 조립체(40)가 설치된다.

이 제2압전소자 조립체(40)는 차량 주행 중 상기 클러치(23) 접촉시 생기는 압력에 의해 제2압전소자 조립체(40)도 변형되며 전력을 발생시키므로, 전력 송출선(51)에 의해 정류기(52)에 연결 설치되어 축전기(53)에 전력이 충진되도록 한다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템은, 공기압축기 작동 중 발생하는 공압, 스프링 반발력 및 원심력을 제1,2압전소자 조립체(30,40)를 이용해 전력으로 바꾸어 주는 압전소자 일체형 공기압축기이다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 주행 중 공기압축기 작동에 의해 공압으로 링판 스프링(22)이 압축되며 이에 제1압전소자 조립체(30)가 변형된다.

즉, 공기압축기의 크랭크샤프트(10)가 축방향으로 움직이면 클러치 하우징(20)과 스틸링판(23a)에 부착되어있는 제1압전소자 조립체(30)가 링판 스프링(22)과 마찰링판(23b)의 운동에 의해서 마찰 및 압축하게 되고, 이로 인해 제1압전소자 조립체(30)들의 변형이 일어난다.

그리고 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 주행 중 공기압축기 작동에 의해 클러치(23) 접촉시 생기는 압력에 의해 제2압전소자 조립체(40)의 변형이 생기며 전력이 발생된다. 다시 말해서, 차량이 주행하여 공기를 소진하게 되면 공기압축기가 작동하게 된다.

이와 같이 상기 제1,2압전소자 조립체(30,40)들의 변형은 피에조(piezo) 효과에 의해 전력을 발생시키게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.

한번 장착으로 별도의 조작이나 노력 없이 반영구적인 발전이 가능하고, 차량의 성능에 영향을 미치지 않고 발전이 가능하다.

그리고 레이아웃(layout)의 제약 없이 단품 개발로 차량에 적용 가능하고, 주행 중 계속 작동하므로 지속적인 발전이 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

엔진의 동력을 전달받도록 설치된 구동기어와;

상기 엔진에 부설되는 크랭크 케이스의 크랭크실 내에 전진 및 후진 이동되게 설치되며 선단부는 상기 크랭크실을 관통하여 전방으로 노출되는 크랭크샤프트와;

상기 크랭크샤프트의 선단부에 설치되어 함께 연동되는 클러치 하우징과;

상기 클러치 하우징의 내의 일측에 설치되어 반발력에 의해 상기 클러치 하우징을 후방으로 밀어주는 링판 스프링과;

상기 구동기어와 상기 클러치 하우징의 사이에 설치되며, 상기 클러치 하우징이 전진 이동되면 상기 구동기어와 상기 클러치 하우징의 접속을 차단시켜 상기 엔진의 구동력이 전달되지 않토록 하며 스틸링판과 마찰링판으로 이루어진 클러치와;

공압에 의해 상기 링판 스프링이 압축될 때 변형되도록 상기 링판 스프링의 일측으로 상기 클러치 하우징에 설치되며, 이의 변형으로 전력이 발생되도록 구비된 제1압전소자 조립체와;

상기 제1압전소자 조립체와 전력 송출선에 의해 연결 설치되어 상기 제1압전소자 조립체에서 발생되는 교류전류를 직류전류로 바꾸는 정류기와;

상기 정류기와 연결 설치되어 전력을 충전하는 축전기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1압전소자 조립체는 상기 클러치 하우징에 부착 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1압전소자 조립체 내부는 다수개의 플레이트가 레이어를 이루며 적층되어 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템.
제1항에 있어서,

상기 스틸링판과 상기 마찰링판 사이에는 제2압전소자 조립체가 설치되어 주행 중 상기 클러치 접촉시 생기는 압력에 의해 상기 제2압전소자 조립체가 변형되며 전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템.
제4항에 있어서,

상기 제2압전소자 조립체는 상기 정류기에 상기 전력 송출선에 의해 연결 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템.
제4항에 있어서,

상기 제2압전소자 조립체는 상기 스틸링판에 부착 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템.
제4항에 있어서,

상기 제2압전소자 조립체 내부는 다수개의 플레이트가 레이어를 이루며 적층되어 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 공기압축기를 이용한 발전 시스템.